从精准筛药到个性化治疗，微流控免疫系统芯片变革癌症研究
2025-11-14 11:08:12 来源：麦姆斯咨询 评论：0 点击：
该研究深入探讨了微流控免疫系统芯片（ISOC）在癌症免疫治疗中的关键作用，重点关注其复制初级和次级免疫功能的卓越能力。该研究旨在模拟免疫系统与肿瘤之间的复杂相互作用，同时寻求提升基于免疫疗法的筛选和优化过程。
过去数十年来，微流控免疫系统芯片（ISOC）技术的研发与应用，在癌症免疫学和药物发现领域发挥了关键作用。该系统芯片为研究免疫反应和治疗干预，提供了一种高度可控且具有生理相关性的平台。3D生物打印、类器官融合和多器官芯片系统等新兴趋势，进一步扩展了ISOC的功能边界，使其能够实现系统免疫相互作用和肿瘤微环境的建模。尽管取得了这些进展，但其可扩展性、标准化以及长期免疫细胞存活率仍然是必须解决的重大挑战，才能充分发掘ISOC在临床应用中的潜力。总体而言，ISOC是癌症研究领域的变革性工具，为免疫治疗试验、生物标志物发现和精准医疗提供了创新的解决方案。
据麦姆斯咨询介绍，在此背景下，意大利罗马国家研究委员会光子学与纳米技术研究所、韩国仁荷大学等机构组建的联合研究团队在Molecular Cancer期刊上发表了一篇题为“Advances in engineering immune–tumor microenvironments on-a-chip: integrative microfluidic platforms for immunotherapy and drug discovery”的综述性论文。该研究深入探讨了ISOC在癌症免疫治疗中的关键作用，重点关注其复制初级和次级免疫功能的卓越能力。该研究旨在模拟免疫系统与肿瘤之间的复杂相互作用，同时寻求提升基于免疫疗法的筛选和优化过程。文章深入探索了创新微流控芯片设计和复杂的建模策略，展示了ISOC平台如何有效模拟免疫细胞的动态活动、细胞因子的复杂信号通路以及抗原呈递的关键过程，这些都是提升药物疗效评估的必要因素。此外，该研究还考察了ISOC技术在药物发现领域的应用，强调了其不仅能够加速临床试验周期，还能为开发针对个体患者需求的个性化免疫治疗铺平道路。
论文摘要附图
基于微流控平台的体内体外模型
ISOC是一种基于微流控芯片的仿生模型，旨在模拟免疫细胞与免疫系统其他组分之间的复杂相互作用，使研究人员能够在炎症和免疫反应条件下研究机体对感染、疫苗、药物和癌细胞的免疫应答。与二维细胞培养相比，癌症芯片和免疫芯片等模型在模拟真实生理条件方面具有优势，但与体内动物模型在预测临床结果方面仍有较大差距。三维体外模型的进步显示出在药物反应和疾病建模方面替代动物模型的潜力。
癌症芯片和免疫芯片系统的结合能够揭示免疫治疗的关键信息，包括免疫细胞向肿瘤的浸润，从而助力下一代癌症治疗的发展。随着组织工程的进步，免疫芯片技术有望构建可移植的个性化免疫器官，通过再生患者免疫系统或增强免疫防御，有望变革自身免疫性疾病、癌症和感染的治疗方式。
微流控器件的制造技术
近些年，实验室中模拟人体器官的器官芯片模型和微流控器件开发取得了显著进展。这些技术使研究人员能够在微尺度上复制复杂生物系统及其响应。微流控器件制造方法的选择取决于多种因素，包括物理精度、工艺复杂性、成本以及具体的研究目标。微流控器件的制造方法可分为小批量生产技术（浇铸、层压、激光烧蚀和3D打印）和大批量生产技术（热压印、注塑和薄膜/片材工艺）。
用于研究人类血管化乳腺癌骨转移的微流控器件
利用3D生物打印增强肿瘤微环境（TME）模型
新一代3D生物打印技术正被用于构建具有精确空间组织的生理相关免疫-肿瘤微环境芯片系统，其中包含免疫细胞、肿瘤细胞和血管结构，从而提高了体外肿瘤-免疫研究的保真度。随着这项技术的成熟，监管机构开始认识到其在药物测试方面的潜力，进而推动了标准化工作，以及学术界、产业界和医疗监管机构之间的合作，以加速其在免疫治疗开发中的应用。这些ISOC技术的进步，正通过提供更精确、可扩展及个性化的免疫反应研究方法，革新癌症研究。随着这些创新持续发展，它们有望改善免疫治疗结果，简化药物开发，并为更有效的癌症治疗铺平道路。
微流控多器官芯片系统研究案例
ISOC平台在免疫治疗研究中的应用
ISOC是一种先进的微流控平台，能够在生理相关的体外环境中模拟关键的免疫反应。通过整合免疫细胞、肿瘤细胞、细胞外基质成分和生物传感器，ISOC提供了一种动态且可控的系统来研究免疫相互作用。这种整合能够实时监测免疫细胞行为、药物反应以及肿瘤-免疫相互作用，从而更准确地反映体内环境。ISOC是增强免疫治疗策略、优化药物筛选过程、推进个性化医疗的重要工具，可提供个体患者免疫系统与癌细胞及潜在疗法相互作用的洞察。ISOC平台的关键特性包括微流控精确控制、模拟肿瘤微环境、实时生物传感以及免疫反应监测。微流控精确控制使ISOC能够调节免疫细胞、细胞因子和治疗药物的流动，模拟体内发生的免疫-肿瘤相互作用。这种程度的控制能够模拟多种体内过程，例如免疫细胞浸润、血液和淋巴流动以及与肿瘤细胞的相互作用等。
应用ISOC技术模拟不同药物递送方法的免疫反应来促进药物发现
应用ISOC技术革新药物发现
ISOC技术通过提供一种具备生理相关性的平台，在受控的微流控环境中研究免疫反应、药物效力和毒性，从而革新了药物发现。通过整合免疫细胞、肿瘤细胞、细胞外基质成分和生物传感器，ISOC复制了免疫系统与肿瘤之间的动态相互作用，能够实时监测免疫激活、细胞因子信号传导和治疗效果。这项技术特别有利于评估免疫疗法，因为它使研究人员能够在接近人体生理环境的条件下测试检查点抑制剂、CAR-T细胞和癌症疫苗。
此外，源自患者样本的ISOC推进了个性化医疗方法，帮助预测对治疗的独特免疫反应并优化药物疗法。除了药效评估，ISOC对于安全性评估也至关重要，它能够帮助揭示与安全相关的毒性并在临床试验中识别潜在的副作用。ISOC技术通过为传统临床模型提供更准确、更符合伦理的替代方案，加速了下一代免疫疗法的发展，并提高了药物发现的精确性和效率。
结论
总之，微流控免疫系统芯片（ISOC）代表了癌症免疫学和药物发现领域的突破性进展，为研究免疫反应和治疗效果提供了一种可控且具有生理相关性的平台。将ISOC技术应用于癌症研究，实现了免疫-肿瘤相互作用的建模，增强了免疫治疗方法的筛选和优化，并提供了关于肿瘤微环境动态的宝贵洞察。
此外，3D生物打印、类器官融合和多器官芯片系统等新兴趋势扩展了ISOC技术的功能，使其能够实现更复杂及系统性的免疫相互作用。尽管取得了很多进展，但其可扩展性、标准化和长期免疫细胞存活率等挑战仍然存在，需要持续的创新和改进。随着ISOC技术的不断发展，它有望革新个性化免疫治疗，加速药物发现，优化癌症治疗策略，为更有效、更精准的癌症治疗做出贡献。
论文链接：https://doi.org/10.1186/s12943-025-02479-4
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